自然与健康——自然景观应对压力危机的实证进展及启示
关键词：风景园林；自然体验；压力恢复；交互作用；设计实践
文章编号：1000-6664(2018)05-0052-05
中图分类号：TU 986
文献标志码：A
收稿日期：2017-03-15
修回日期：2017-11-29
基金项目：国家自然科学基金项目(编号51278421、51678253)资助
Abstract: With "how to relieve stress by nature" as the main line, this paper reflected trend of empirical research in the domain of nature and health from visual experience to interaction experience in real-world, and discussed previous studies' main problems and possible solutions from perspective of landscape design. Results indicated that: 1) Visual control studies taken in virtual or window or site environment have confirmed the absolute and relative effect of nature on stress recovery. 2) Compared with visual experience, the effect on stress recovery by auditory-visual experience has a significant difference. Effects are most pronounced when the auditory-visual cues of nature are consistent. 3) Natural landscape and physical activity may have positive cumulative effect on mitigating stress, but the combination of nature and social interaction may be negative. Future research should use more interdisciplinary methods such as eye tracking to tease out natural elements as well as space organization on stress restoration of the local environment.
Key words: landscape architecture; nature experience; stress recovery; interaction; design practice
近40年，多个学科将自然景观视为重要的健康资源并开展了大量基础研究。风景园林设计是在物质空间上落实“自然-健康”关系的重要手段，不可避免地要参与其中[1]。这一交叉领域内大部分研究的关注点在于，接触自然过程中经由压力恢复、体力活动或社会交往带来的健康效益[2]。从证据可靠性来看，自然本身与压力恢复的联系已被大量视觉对照研究证实，而关于其直接促进体力活动、社会交往的已有证据不甚一致或数量相对较少[3]。基于此，本文聚焦于有关自然景观促进压力恢复(简称自然减压)的研究。
“自然减压”一开始由限定于视觉体验的研究证实，但之后因这一限定与现实情境的不符使其应用价值颇受质疑。现实世界的“自然体验”形式多样，除远距离观看外，还有身处绿色空间的现场体验[4]。后者暗合的社会交往、体力活动及多感觉通道的自然和非自然信息输入也会对压力恢复产生影响[5]。如果不对各种情况加以考虑，势必影响相关研究和实践应用，如可能忽略对上述因素的屏蔽或利用[6]。近些年，国外学者在延续视觉研究的同时，从多个维度强化了研究的生态效度。他们开始关注视-听刺激与压力恢复的关系[7]，以及体力活动、社会交往和自然本身的累积减压[5]。然而，国内综述大多只介绍了视觉研究[8-10]，或是在此基础上并行介绍了自然景观对体力活动和社会交往的影响[11-14]，没有体现其间的交互效应。因此，本文将以自然减压为主线，以叙述性综述的形式反映相关研究从单一的视觉体验向交互的真实体验逼近的趋势(图1)，并在此基础上从景观设计实践视角讨论既往研究的主要问题及其解决方法。
1 自然减压的理论假说
“压力”(stress)可被理解为个体感知到所处情境的需求与其身心资源不相匹配造成的身心紧张状态，会引起由交感和副交感神经系统组成的自主神经系统的不平衡[15]。适度的压力反应有利于提高感知能力和行为效率；但当它以不当的方式持续较长时间就会演变为机能失调并伴有病变的可能[15]。压力之所以成为一个值得关注的社会问题，是因为由其引发的疾病已成为公众健康的重大威胁。据世界卫生组织(WHO)研究表明，2020年全球范围内最主要的疾病将是精神谱系和心血管谱系疾病，二者都明显与压力有关[16]。现代都市生活中嘈杂逼仄的居住环境、繁忙沉重的工作负担、复杂多变的社会关系等与此不无关系[11]。
自然减压是一个古老而新兴的命题。近年来，相关实证研究所依托的理论假说，主要有“减压理论”(stress reduction theory, SRT)和“注意恢复理论”(attention restorative theory, ART)。Ulrich基于心理进化立场提出的SRT，从情绪(包括偏好)和生理反应方面解释了自然减压的原理[17]。该理论认为在漫长的进化过程中人类应对压力时对某些自然特征的依赖，使其在遗传上形成了偏好这些自然的机制。这种进化适应机制从根本上决定了人对大自然的开敞空间、特定植被结构和水体等具有先天的积极反应，如引发积极情绪、降低生理唤醒水平及补充注意力。另一理论ART由Kaplan夫妇提出[18]。他们认为“定向注意”资源的补充是人-自然交互过程中压力恢复的主要原因之一。定向注意是服从于预定目的并需要努力和大量精力才能保持的认知资源。所有有意识的信息处理都会动用此类注意，强烈而持续地运用会使其疲劳，进而因无法有效处理信息而导致压力。与其相对的是无须努力也不需要投入大量精力的“自发注意”。自然景观的特定属性(远离性、魅力性、连贯性和相容性)能使个体从定向注意转换为自发注意，从而使前者得以补充。
图1 自然景观与压力恢复的关联路径示意(作者绘)2 实证研究进展
2.1 自然减压的视觉体验
20世纪70—80年代的自然休闲研究一致显示，压力减小是被调查者口头表达的主要效果之一[19]。然而休闲活动往往是复杂的，除了自然本身可能带来恢复，另一些机制也有利于减压，如体力活动[17]。由此，研究试图限定于视觉维度并围绕SRT和ART，从多元的自然类型及多方面的生理心理反应证明自然本身与压力恢复的关系。其中，限定方式包括观看虚拟环境(如图片、视频)、真实窗景或以相同的方式进行现场体验(如缓慢穿行或静坐)[12]；研究流程一般为“选择环境对象-选定被试人群-预设实验前提-进行实验刺激-测评相应指标”[10]；环境对象涉及城市自然、乡村自然、原始荒野及各种人工硬质景观[2]。简单来讲，即是通过比较接受自然刺激的实验组和接受人工环境刺激对照组在刺激前后的生理心理指标，以证明自然景观的绝对效益和相对效益。
1)情绪和生理恢复(SRT)。主要运用情绪、偏好量表及各种“生物反馈仪”，测评被试在虚拟、窗景或现场环境接受刺激前后的主观感受和客观生理变化。Ulrich等率先对此开展了系列实证研究。其中，发表在《科学》上的一项研究因方法严谨而被广泛认同[20]。他巧妙地利用某医院病房的不同窗景条件(自然窗景和砖墙窗景)，证明拥有自然窗景的病人具有相对更高的疼痛阈值。如果说该研究属于间接的减压表现，那么另一代表性研究则是直接的减压表现[17]。他们以6组不同程度的自然和城市图片为环境对象，先让被试观看10min可以唤起生理反应和不良情绪的交通事故视频，然后将其随机分配至不同环境组再观看10min。期间，检查了自主神经系统活动相关的生理指标(包括心率、皮肤导电性及收缩压等)，同时用ZIPERS情绪量表测量了情绪变化。结果显示，自然组所有指标的恢复速度都明显比城市组更快。此外，现场对照研究也为SRT提供了证据支持。如日本开展的2项关于森林与城市景观的研究[21-22]，实验第1天先让6名被试在指定的森林区域接受刺激(上午步行20min、下午静坐20min)，另6名被试在指定城市区域接受刺激(方式同上)，第2天被试对换。期间，在早上去往指定环境前、步行及静坐前后、晚上等几个时间点，测量了被试的脑前额叶活动和唾液皮质浓度。结果显示，无论步行还是静坐，森林组的相应指标都较城市组更低，表明森林景观更能使人身心放松。李树华等比较了现场观看铺装广场、开阔水际和植物群落的脑电波变化，发现相对于铺装广场，植物群落和开阔水际对身心放松的作用更加明显[23]。
2)认知恢复(ART)。同样涉及现场、窗景或虚拟研究，主要运用注意评价量表测量被试观看不同环境前后的注意表现。典型研究如Berman等的现场实验[24]。他们先用“数字广度测验法”(DST)评价被试的定向注意能力并从中选出条件相当的被试，后用35min快速数字记忆任务诱发注意疲劳，再将被试随机分配至植物园和市中心并以指定方式步行，任务结束后再次用DST测量2组被试的定向注意力，结果发现植物园组的表现明显更好。Taylor等研究了不同窗景对认知能力的改善[25]。他们以居住在同一社区的儿童为被试(住房条件和人口特征相似，仅在住房窗景上明显不同)，利用相关量表随机检查了12个拥有不同窗景的儿童的专注力、冲动抑制力和诱惑抵抗力，发现窗景的自然程度越高对应儿童的上述能力越强。另外，Berto研究了自然和非自然图片对注意恢复的不同影响[26]。他先用5min“持续注意响应测验”(SART)诱发注意疲劳，接着将被试随机分配至自然组或城市组，刺激结束后再次用SART测试持续注意能力，结果发现只有自然组的后测注意表现提高。
以上视觉对照研究证明了自然本身的作用，但也正是这一人为限定忽略了某些可以提升或降低减压效益的因素。例如，窗景研究期间被试可能推开窗户嗅闻窗边的花香、聆听鸟鸣声或是观看窗外的行人等；同理，在绿地中活动难免受视觉以外因素的影响，如活动本身及外部交通噪声等[7]。事实上，自然景观作为一种嗅景、声景或其他感知类景观也会对压力恢复产生影响[27-29]。嗅景方面如金荷仙等的系列研究在测定梅花、桂花香气组分的基础上，进一步证明其可以使肤电值、血压及体温下降并在一定程度上改善注意力、记忆力和想象力[30-31]；高翔等发现，特定芳香植物组合可以缓解高血压症状[32]。声景方面如康健等发现生物声和自然物理声对人的情绪有积极影响，而交通声则有消极影响[33]；袁晓梅等认为中国古典园林将生命的颐养目标落实到了园林的声景营造，不但跨越了物理学安静与声音美营造的二律背反，还实现了园林降噪、声音美营造乃至静谧境界经营的整体把握[34-35]。诸如此类研究表明，有必要进一步探讨自然体验过程中可能涉及的其他活动和多感官信息输入对(视觉)自然减压过程的影响。
2.2 自然减压的视-听交互体验
“声环境”(acoustic environment)是视环境之后最常被研究的议题[27]。该领域传统研究主要集中在噪声控制方面，然而其间忽略了对声音体验的关注[36]。由此一些研究尝试将环境声音作为自变量操纵，查看其对健康的影响。本文重点介绍其中与压力恢复有关的视-听交互研究。其方法设计基本遵循2.1节所述流程，不同之处在于刺激阶段加入了人为或自然声音，且为了控制视、听以外的因素而以虚拟研究居多。所谓交互作用(interaction)，可直观地理解为A和B同时作为自变量时，A的变化会影响B对因变量的作用，记为A×B[37]。
1)视-听交互体验的主观感受。Carles等在严格控制的实验室中评估了视-听刺激对愉悦情绪的交互作用[38]。他们以6个不同自然程度的图片和对应的音频为刺激材料。刺激方式为先单独展示图片和音频，然后每播放一个音频期间依次展示6张图片，被试利用愉悦情绪量表依次对它们作出评价。结果显示，当组合中的图片和音频一致时得分显著高于对应单独的图片或音频；当不一致时，含有自然声音的组合普遍比对应的图片得分更高，而含有噪声的组合则普遍导致更低的得分，尤其是照片的自然程度越高噪声的不利影响越显著。关于后者，Benfield等的研究进一步提供了支持，表明人为声音的不利影响可能取决于所伴随的环境类型[39]。国内也有研究发现上述规律，如景象和声音的一致性越高美学评价越高[40]；景象和声音呈对比关系时，声音对于景象美的影响可能降低、提升或没有明显作用[41]。另外，有研究发现被试在实验室中对自然景观的视觉评价明显比现场评价更高，原因可能是现场环境中混杂了噪声等不利因素，从而间接说明视觉研究的不足[42]。可见，视觉刺激与视-听交互刺激对压力主观感受的影响具有较大差异，视-听信息一致与否更是会对结果产生重要影响，如自然景象与自然或人为声音的不同组合效应。
2)视-听交互体验的客观表现。除了主观感受，有人探索了视-听交互体验的生理反应。如研究利用VR技术模拟了一处森林环境，并在此基础上设置了有声组、无声组和控制组(空白处理)[43]。实验过程中先指定被试参加5min“特里尔社会应激测试”(TSST)，之后将其随机分配至上述组别接受40min实验刺激。其中，在T S S T 开始前、结束后及实验刺激阶段每10min，测量了被试的低频和高频心率变异性(低频增加表示交感神经兴奋增强，压力反应激烈；高频增加与之相反)。结果显示，刺激过程中仅有声组的高频心率变异性显著变大，表明声音和景象的组合能使副交感神经兴奋增强，进而带来恢复效应；但是TSST之后增加的低频心率变异性并没有因刺激而回落，表明声音和景象的组合不能对交感神经兴奋产生影响。简言之，有声组能带来显著的压力恢复且恢复的机制在于使副交感神经兴奋增强。不同于以往视觉研究，该研究没有观察到单独的森林景象对压力恢复的显著作用，原因可能是VR模拟的超现实森林体验可能使被试产生了如害怕等消极情绪。另一项单独检验声环境生理反应的研究与上个研究的结论略有不同。他们让被试在一项可以引起压力紧张心算测试后，随机接受4min不同的听觉刺激，期间以皮肤导电性指示交感神经兴奋(交感神经兴奋增强会使人体排汗增加，进而皮肤导电性变大，反之则反)，高频心率变异性指示副交感神经兴奋[44]。结果显示，相对于其他3组噪声，自然声音对皮肤导电性的降低速度最快，而高频心率变异性则没有显著变化，表明自然声音的作用机制在于使交感神经兴奋减弱。尽管不同研究在自然声音的生理机制上没有统一认识，但基本确认的是自然声音有利于增强压力恢复，由此进一步与主观感受研究达成一致。
2.3 体力活动、社会交往对自然减压的影响
基于多项现场研究的“元分析”(metaanalysis)表明，自然区域的大多数休闲活动与人工环境内发生的同类活动相比具有更大的减压效益[45]。由此排除了“自然只是激发了促进健康的行为，而不是直接产生健康效益”的可能性[45]。然而，其并不能排除休闲活动对自然减压的影响[5]。自然体验过程中通常涉及散步、慢跑等体力活动，以及与他人的接触或称社会交往。那么，当人处于压力状态时(自然减压的前提)，在自然空间进行体力活动或社会交往是否有利于压力恢复？据此，有人研究了自然景观和它们两两结合的累积减压效益。
1)自然景观与体力活动的累积减压。以往旨在证明自然本身减压效益的研究，都是在保证其他条件一致的情况下仅对比自然和人工景观的不同作用。与此不同，Han研究了自然景观和体力活动的累积减压效益。他采用现场随机对照试验，让被试以步行或慢跑的方式在自然或建成道路上接受刺激[46]。其中，步行和慢跑代表不同水平的体力活动(由移动速度量化)，自然和建成道路代表不同水平的自然景观(由绿视率量化)。通过测量4组被试(高或低绿视率×高或低体力活动)接受刺激前后的情绪和注意力变化并加以数理统计分析，结果显示：1)自然景观解释了所有指标前后测变化的17.9%，体力活动解释了9.2%，且它们之间无交互作用(即体力活动水平的变化不会影响自然景观对压力恢复的效应，反之亦然)；2)自然景观和体力活动的组合可以解释其中58%的变化，尤以低水平体力活动对情绪和注意的改善效果最好。关于无交互作用的结果超出了研究预期，Han认为可能是由体力活动水平与压力恢复的负相关性造成的，如此也解释了低水平体力活动与自然景观组合的更大效益。另一横断面研究显示，住区绿地对压力相关疾病的影响部分来源于其中发生的体力活动的作用，意味着自然景观与体力活动共同作用于压力时存在交互作用[47]。就以上研究来看，无论是否有交互作用，体力活动与自然景观的减压效益可能为正向累积。
2)自然景观与社会交往的累积减压。不同于上述不确定的交互关系，社会交往对自然减压的影响较为一致地指向负面作用。如Staats等在对比自然和人工环境对注意疲劳的改善时，加入是否有同伴陪同的情形(方法基本同Han的研究)[48]。结果表明，当在自然环境中有他人陪同时注意疲劳的恢复速度显著更慢。换言之，对需要减压的人来说，与他人共享自然空间并不利于压力恢复。对此，大量调查类研究可进一步佐证，如研究发现压力人群更喜欢单独在自然区域散步或休息，结伴出游反而会使其精神紧张[49]；压力和普通人群访问自然景观的动机明显不同，前者的主要动机是寻求放松、减压和平静等；后者的主要动机是运动健身或社会交往等[50]。Grahn等研究居民对城市公园感知属性的偏好时，发现压力人群偏好庇护(refuge)、自然(nature)和平静(serene)等自然景观本身的属性，强调人为属性的文化(culture)和社会(social)则不受欢迎[51]。社会交往对自然减压的不利影响的原因可能是，压力人群因身心资源的过度损耗只适合处理简单关系，而人与物相对于人与人之间的关系更为简单[50]。
2.4 总结分析
首先，从既往研究的环境对象来看，无论是视觉途径的自然减压、还是听觉信息对此过程的作用、抑或是休闲活动对自然减压的影响，大部分建立在自然与人工景观的粗放对比上。显然，其没能揭示不同自然要素、配置或空间对压力恢复的作用[52-53]。虽然有研究划分了自然类型[54-55]，还有研究针对自然景观的某一物理属性[56-57]，但没有落实到具体操作层面(如以哪些自然要素为对象创造减压空间)。再者，自然减压实质上是通过各种感觉通道获取自然信息的过程。由于现实中承载这些信息的自然景观大都不完全独立于建成环境之外，同时其功能也不限于放松减压，该过程必然涉及非自然信息的输入及其他活动的影响(如本文所示)。近期旨在模拟真实世界自然减压情形的研究正在朝这一方向努力，但还不足以指导设计实践，如视-听交互研究没有探讨音量大小对压力恢复的作用；户外休闲活动对自然减压的影响还处于探索阶段，它们之间的兼容性仍有待商榷。可见，当前研究的主要问题在于没有深入自然景观的细节内容与压力恢复的关系，以及如何有序地组织自然空间以更好地传达这一关系。
3 研究启示
面对公众压力水平的持续攀升以及自然景观的潜在减压效益，探讨如何以研究证据支持设计实践将有利于创造出更加高效的健康环境。就设计实践而言，我们更为关注以何种自然要素为操作对象，以及形成怎样的空间才有利于减压。对此，眼动追踪技术和感知属性分类可能带来一些启示。
源于心理学的“眼动追踪”(eye tracking, ET)，可记录个体观看事物时的眼动特征并实现数据可视化[58]。ET技术可用于揭示不同自然要素的眼动特征和对应减压效益的定量关系并由此识别出高效益要素，如研究发现当被试对草地的注视时间最长时，其对被测图片的恢复性评价最高(而不是研究者通常认为的乔木和灌木)[59]；还可用于区别不同环境声音的影响机制，如当发现观看伴随交通噪声的自然图片对注意疲劳的改善显著下降时[39]，可进一步用眼动仪检查被试此时的视觉关注点，与无声组和自然图片组的不同[7]。另外，自然空间的体验质量可被细分为不同的“感知属性”(perceived sensory dimensions, PSD)。人们探寻不同类型的体验需要不同的环境属性来满足，同时不同的环境属性会因如何被体验而特征化[60]。由此，基于大量个体对不同要素的偏好评价，可提炼出人们在感知层面上偏好的自然空间属性，并进一步检查不同人群的偏好，如上述Grahn等的研究[51]。以感知属性为导向组织自然空间，将有利于满足不同人群的需求(包括压力人群)。值得注意的是，人的偏好可能因社会文化环境的不同而有显著差异，基于ET和PSD的研究结论不具有普遍适用性[50-51，58-60]。因此，未来还需针对本地实际并借助更多方法技术，研究微观的自然要素以及宏观的空间组织对压力恢复的作用，以此为旨在实现自然减压的景观设计提供证据支持。
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(编辑/王媛媛)
作者简介：
郭庭鸿
1986年生/男/甘肃景泰人/西南交通大学建筑与设计学院在读博士研究生/研究方向为健康景观理论及设计(成都 611756)
舒波
1971年生/男/四川成都人/博士/西南交通大学建筑与设计学院教授，博士生导师/研究方向为建筑与景观创作、地域性景观与村镇聚落等(成都 611756)
董靓
1963年生/男/四川成都人/博士/华侨大学建筑学院教授，博士生导师/研究方向为可持续景观设计、健康景观设计(厦门 361021)